JP6373011B2

JP6373011B2 - プローブカード

Info

Publication number: JP6373011B2
Application number: JP2014025573A
Authority: JP
Inventors: 村上　哲郎; 哲郎村上; 光広森山; 康夫八木; 諭西田; 宮本　大輔; 大輔宮本; 中村　弘幸; 弘幸中村; 博昭新; 輝彦西嶋; 秀和本田; 尚典岩下; 恭史瀬上
Original assignee: SV Probe Pte Ltd
Current assignee: Nidec SV Probe Pte Ltd
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2034-02-13
Also published as: JP2015152393A

Description

本発明は、プローブカードに関する。

プローブカードは、テスタ装置に信号線等によって電気的に接続される基板と、この基板に接続されて被測定物であるＬＳＩチップのパッドに接触するプローブと呼ばれる針とを備えて構成される。プローブカードの種類として、カンチ型プローブカードと垂直型プローブカードが知られている。

カンチ型プローブカードは、基板の外周側で針の一方端が固定されて、この針が基板の中央側に向けて斜め方向に延び、パッドに向けて斜め方向に曲げられた片持ち梁として構成されており、簡単な構造である。例えば、特許文献１には、先端側に向けて針径が細くなるプローブを備えたカンチ型プローブカードが開示されている。

また、特許文献２には、針の先端部が、針の動く方向を規制するガイド板に設けられたガイド孔を貫通するカンチ型プローブカードが開示されている。このガイド孔は長孔形状を有する。

さらに、特許文献３には、ガイドシートの貫通孔を貫通して、針の先端がパッドに押圧されて接触するプローブを備えたカンチ型プローブカードが開示されている。このガイドシートの貫通孔は、上面から下面に向けて孔面積が小さくなる逆円錐型形状を有する。

また、垂直型プローブカードは、基板からパッドに向けて垂直に下りる針を取り付けて、パッドとの接触の際における針の滑りを防止している。垂直型プローブカードの例として、特許文献４には、湾曲部を有するピン形状で先端が被検査基板であるウエハの電極に電気的に接触するプローブ針と、複数のプローブ針を垂下して固定する上側ガイド板と、プローブ針が貫通するガイド孔を有する下側ガイド板とを備える垂直型プローブカードが開示されている。

特開２００１−１０８７０８号公報特開２０１１−９９６９８号公報特開平７−１８３３４１号公報特開平１１−０３８０４４号公報

上記のように、カンチ型プローブカードの針は、基板の中央側に向けて斜め方向に延びているため、パッドの表面に対して斜めに当たる。このため、針とパッドの接触時に針が滑って所定のパッド領域を超える場合がある。

一方で、垂直型プローブカードは、上記のような心配はないが、可撓性を有する湾曲部を備えた針を上側ガイド板と下側ガイド板の両方に通すような複雑な構造であるため、プローブカードの製造工程における作業工数や部材費用が増加する。

本発明の目的は、カンチ型の構造を採りつつ、パッドとの接触の際における針先部がパッドの表面上を滑ることを防止することを可能とするプローブカードを提供することである。

また、本発明の他の目的は、垂直型プローブカードに比べて簡単な構造を有するカンチ型に近いプローブカードを提供することである。

本発明に係るプローブカードは、外部装置に接続される配線を含む基板と、前記基板の下方側で前記基板に平行に配置されるガイド板であって、板表面に垂直に貫通する複数の円形貫通孔を有するガイド板と、前記基板と前記ガイド板とを接続する接続部材と、一方端が基板の外周側で針接続部に接続されて、基板の中央側に向かって前記接続部材を経由して延伸し、次いで針中間固定部を経由して、さらに基板の中央側に向かって延伸し、前記一方端から他方端までの全長に亘って一様な直径を有する複数の針と、を備え、前記各針は、前記針中間固定部で固定され、前記針中間固定部の前記中央側の端面から突き出す梁部と、前記梁部の先端から前記ガイド板側に曲げられ、前記円形貫通孔との間の隙間寸法が所定の値に設定された直径を有し、先端部が前記円形貫通孔を垂直に通る針先部と、を含み、前記針の直径の大きさは、隣接する針先部の間の最短ピッチに基づいて設定され、前記中央側の端面から前記梁部の先端までの前記梁部の長さは、目標針圧値と、前記針の直径に応じて設定されることを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードにおいて、前記目標針圧値の下で、前記梁部の長さは、前記直径が細くなるにしたがって短く設定されることが好ましい。

また、本発明に係るプローブカードにおいて、前記針先部は、前記針先部の先端部と前記梁部の先端との間に屈曲部を有し、前記屈曲部の先端から前記先端部までの間の部分が前記円形貫通孔の貫通方向に平行であることが好ましい。

また、本発明に係るプローブカードにおいて、前記接続部材は、前記基板の下面と前記針先部の先端部との間を予め設定された針高さ寸法とする針高さ調整部材であることが好ましい。

また、本発明に係るプローブカードにおいて、前記針中間固定部は、前記ガイド板または前記基板に設けられることが好ましい。

上記構成によれば、針先部の先端部は、ガイド板の円形貫通孔を垂直に通って、パッドと接触する。これにより、針先部の先端部がパッドの表面に対してほぼ又は、限りなく垂直に接触するため、針先部の滑りを抑制することができる。

また、上記構成によれば、針先部の先端部と円形貫通孔との隙間寸法は所定の値に設定されている。これにより、針先部のパッドへの接触時に針先部の先端部がパッドの表面に対して傾いてしまうことを抑制することができ、針先部の滑りを抑制することができる。

また、上記構成によれば、従来の垂直型プローブカードのように上側ガイド板と下側ガイド板の２枚のガイド板を用いておらず、針先部を複数のガイド板の貫通孔に通す必要がないため、部材の点数を減らすことができ、より簡単に製造することができる。

本発明に係る実施形態のプローブカードを示す側面図である。図１におけるＡ−Ａ線断面図である。他の構成を示す図である。別の構成を示す図である。さらに別の構成を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。また、以下では、全ての図面において対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、プローブカード１０の側面図である。図２は、図１におけるプローブカード１０のＡ−Ａ線断面図である。なお、図１の右下には、点線Ｂの部分拡大図を示している。

プローブカード１０は、基板１２と、基板１２の下方側で基板１２に平行に配置されるガイド板１４と、一方端が基板１２の外周側で接続されて、基板１２の中央側に向かって延伸し、針中間固定部２２を経由して基板１２の中央側に向かってさらに延伸する針１６とを備える。なお、基板１２に電気的に接続されるテストヘッド６は、プローブカード１０の構成要素ではないが、図示しないテスタ装置に取り付けられる。図１及び図２では、基板１２の面に平行な面内で直交する２軸をＸ軸、Ｙ軸とし、基板１２の面に垂直な軸をＺ軸とする。

基板１２は、円形または角形の外形形状を有する配線基板である。基板１２は、ガラスエポキシ樹脂等によって構成される。基板１２は、テストヘッド６に接続される複数の電極が配置される上面と、複数の針１６が取り付けられる下面とを有する。

針接続パッド２０は、基板１２の下面の外周側において、所定の位置に配置される。針接続パッド２０は、銅等を用いて構成される。針接続パッド２０は、図示しない導電性部材を介して基板１２の上面の配線に電気的に接続される。針接続パッド２０には、複数の針１６の一方端が固定される。

ガイド板１４は、円形または角形の外形形状を有する板部材である。ガイド板１４は、基板１２の下方側で基板１２に平行に配置される。ガイド板１４は、絶縁性が高い材料で構成されており、例えば、セラミックやガラス等を用いて構成される。ガイド板１４は、板表面に垂直に貫通する複数の円形貫通孔１８を有する。

円形貫通孔１８は、所定の直径ｄ₂を有する。円形貫通孔１８は、所定のピッチｐでＹ方向に沿って並んで形成される。

針高さ調整部材１９は、環状の外形形状を有し、ガイド板１４と基板１２とを接続する機能を有する。針高さ調整部材１９は、基板１２の外周側と中央側のほぼ中間に配置される。針高さ調整部材１９は、エポキシ系樹脂やセラミック、ガラス等の絶縁材料を用いて構成される。

針高さ調整部材１９は、基板１２の下面と針先部２６の先端部２８との間を予め設定された距離となるように高さ寸法が設定される。針高さ調整部材１９は、針１６を通すための貫通孔１７を有する。なお、貫通孔１７は、針１６を通すために予め形成されたものでもよく、針１６の周囲をエポキシ系樹脂で固めた際に結果的に形成される孔であってもよい。

針１６は、基板１２の中央側に向かって延伸して、ＬＳＩチップのパッドに向けて曲げられた形状を有するプローブである。針１６は、タングステン、ベリリウム銅、貴金属合金等の材料で構成される。

針１６は、基板１２の外周側で針接続パッド２０に接続される一方端である固定端と、ＬＳＩチップのパッドと接触する他方端である針先部２６とを有する。針１６は、一方端から他方端までの全長に亘って一様な直径ｄ₁を有する。直径ｄ₁の大きさは、隣接する針１６の間の最短ピッチｐに基づいて定められる。ここで、一様な直径ｄ₁とは、針１６の一方端から他方端までの全長に亘って同一の直径であることを意味するが、針先部２６の先端については、仕様に合わせて形状や直径を変更するものも含まれる。

針１６は、針中間固定部２２で固定され、針中間固定部２２の端面のうち基板１２の中央側の端面から突き出す梁部２４を有する。針１６は、梁部２４の先端からガイド板１４側に曲げられて形成された針先部２６を有する。針先部２６は、円形貫通孔１８を垂直に通る先端部２８を有する。

ここで、針先部２６において、針中間固定部２２の端面のうち基板１２の中央側の端面から梁部２４の先端までの梁部２４の長さＬは、目標針圧値Ｔ_Pと、針１６の直径ｄ₁に応じて設定される。ここで、梁部２４のたわみ量をδとし、Ｅを弾性係数とし、針圧をＰ_nとすると、たわみ量δは、δ＝（Ｐ_n×Ｌ³）／（３×Ｅ×ｄ₁ ⁴×π／６４）の式で求められる。この式において、たわみ量δ、弾性係数Ｅ、直径ｄ₁を一定とすると、針圧Ｐ_nは長さＬの３乗に反比例することが分かる。すなわち、Ｌを長くすれば針圧Ｐ_nは下がり、Ｌを短くすれば針圧Ｐ_nは上がる。そして、目標針圧値Ｔ_Pの下で、梁部２４の長さＬは、直径ｄ₁が細くなるにしたがって短く設定される。

針中間固定部２２は、エポキシ系樹脂やセラミック、ガラス等の絶縁材料を用いて構成される。針中間固定部２２は、針１６の全長が長くなる場合であっても、長さＬを短くすることで針圧Ｐ_nを高めることができるように設けられている。針中間固定部２２は、ガイド板１４の中央側に配置されて、複数の針１６を固定する。なお、針中間固定部２２は、基板１２側に配置されてもよい。なお、ここでは、針中間固定部２２と針高さ調整部材１９は別部材として記載しているが、これを一体として形成することも可能である。

続いて、上記構成のプローブカード１０の作用について説明する。プローブカード１０の針１６において、針先部２６の先端部２８は、ガイド板１４の円形貫通孔１８を垂直に通って、パッドと接触する。これにより、針先部２６の先端部２８がパッドの表面に対してほぼ又は、限りなく垂直に接触するため、先端部２８がパッドに接触した際の針先部２６の滑りを抑制することができる。

また、上記プローブカード１０によれば、針先部２６の先端部２８と円形貫通孔１８との隙間寸法は所定の値に設定されている。これにより、針先部２６のパッドへの接触時に針先部２６の先端部２８が傾く力が作用した場合であっても円形貫通孔１８によって先端部２８の動きが止められる。したがって、針先部２６がパッドの表面に対して傾いてしまうことを抑制することができる。

さらに、プローブカード１０では、従来の垂直型プローブカードのように上側ガイド板と下側ガイド板の２枚のガイド板を用いておらず、一枚のガイド板１４のみを用いて構成されている。したがって、針先部２６を複数のガイド板の貫通孔に通す必要がないため、従来の垂直型プローブカードに比べて、より簡単に製造することができ、また、部材の点数を減らすことができる。

プローブカード１０では、上記のように、梁部２４の長さＬは、目標針圧値Ｔ_Pの下で、直径ｄ₁が細くなるにしたがって短く設定される。このため、隣接する針先部２６の間のピッチｐを狭ピッチとするために直径ｄ₁を細くする場合にも長さＬを調整することで針１６の針圧Ｐ_nを目標針圧値Ｔ_Pに合わせることができる。

次に、プローブカード１０の第１変形例であるプローブカード１０ａについて説明する。図３は、プローブカード１０ａにおいて、図１の点線Ｂの部分拡大図に対応する図である。プローブカード１０ａとプローブカード１０の相違点は、屈曲部２５である。以下では、この相違点を中心に説明する。

屈曲部２５は、梁部２４との間のなす角度が所定の角度θ₁となり、先端部２８との間のなす角度が所定の角度θ₂となるように折り曲げ加工されている。一般的に、梁部２４の長さＬが短くなるほど、針１６がパッドに接触した際の針圧が高くなるため、針１６は撓み易いことが好ましい。プローブカード１０ａは、上記のように折り曲げ加工がなされているため、折り曲げ加工が無い場合に比べて、針１６がパッドに接触した際に撓み易くなるという利点がある。また、θ ₂を１８０°に近づけたり、針先部２６の長さを長くすることで、より撓み易くすることも可能である。

なお、プローブカード１０，１０ａでは、ＬＳＩチップのパッドは、Ｙ方向に沿って一列に並んで配置されるものとして説明したが、パッドが二列に千鳥配置される場合がある。図４は、パッドが二列に千鳥配置されたプローブカード１０ｂを示す図である。プローブカード１０，１０ａ，１０ｂでは、千鳥配置されたパッドを狭ピッチとする場合に、図４に示されるように針１６が上下２段に分けて取り付けられることがある。このような場合、上段の針１６のうち梁部２４の先端から先端部２８までの長さがプローブカード１０，１０ａに比べてより長くなるため、屈曲部２５を設けることで好適に座屈の発生を抑制することができる。また、プローブカード１０では、針１６は図２に示されるように２辺に配置されるものとして説明したが、この例に限らず、例えば、４辺に配置されるものであってもよい。プローブカード１０では、図２に示されるように針１６は、直線状に延伸するものとして説明したが、図５に示されるように折り曲げ形状を有するものを用いることも可能である。

６テストヘッド、１０，１０ａ，１０ｂプローブカード、１２基板、１４ガイド板、１６針、１７貫通孔、１８円形貫通孔、１９針高さ調整部材、２０針接続パッド、２２針中間固定部、２４梁部、２５屈曲部、２６針先部、２８先端部。

Claims

外部装置に接続される配線を含む基板と、
前記基板の下方側で前記基板に平行に配置されるガイド板であって、板表面に垂直に貫通する複数の円形貫通孔を有するガイド板と、
前記基板と前記ガイド板とを接続する接続部材と、
一方端が前記基板の外周側で針接続部に接続されて、前記基板の中央側に向かって前記接続部材を経由して延伸し、次いで針中間固定部を経由して、さらに前記基板の中央側に向かって延伸し、前記一方端から他方端までの全長に亘って一様な直径を有する複数の針と、
を備え、
前記各針は、
前記針中間固定部で固定され、前記針中間固定部の前記中央側の端面から突き出す梁部と、
前記梁部の先端から前記ガイド板側に曲げられ、前記円形貫通孔との間の隙間寸法が所定の値に設定された直径を有し、先端部が前記円形貫通孔を垂直に通る針先部と、
を含み、
前記針の直径の大きさは、隣接する針先部の間の最短ピッチに基づいて設定され、
前記中央側の端面から前記梁部の先端までの前記梁部の長さは、目標針圧値と、前記針の直径に応じて設定されることを特徴とするプローブカード。
請求項１に記載のプローブカードにおいて、
前記目標針圧値の下で、前記梁部の長さは、前記直径が細くなるにしたがって短く設定されることを特徴とするプローブカード。
請求項１または請求項２に記載のプローブカードにおいて、
前記針先部は、前記針先部の先端部と前記梁部の先端との間に屈曲部を有し、前記屈曲部の先端から前記先端部までの間の部分が前記円形貫通孔の貫通方向に平行であることを特徴とするプローブカード。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプローブカードにおいて、
前記接続部材は、前記基板の下面と前記針先部の先端部との間を予め設定された針高さ寸法とする針高さ調整部材であることを特徴とするプローブカード。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプローブカードにおいて、
前記針中間固定部は、前記ガイド板または前記基板に設けられることを特徴とするプローブカード。